【正文】 熱工測(cè)量和儀表 自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 對(duì)象 √ 測(cè)量、變送 傳感器、變送器、顯示、報(bào)警、記錄裝置 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 對(duì)象 測(cè)量變送 x (t) e (t) u (t) q (t) y (t) z (t) ＋ － 主要內(nèi)容 測(cè)量與誤差 溫度測(cè)量和儀表 壓力測(cè)量和儀表 流量測(cè)量和儀表 汽包水位測(cè)量和儀表 煙氣分析和儀表 實(shí)驗(yàn)：熱工儀表校驗(yàn) 167。 41測(cè)量與誤差 一、測(cè)量的基本概念與測(cè)量方法 測(cè)量： 從客觀事物中提取有關(guān)信息的認(rèn)識(shí)過(guò)程，經(jīng)整理后成為數(shù)據(jù)。 三要素： 比值、單位、誤差 00X a xXax?：被測(cè)量的真值：測(cè)量單位：二者的比值測(cè)量方法 按測(cè)量和被測(cè)量的差值大小 非零法：彈簧壓力表 零位法：天平 微差法：測(cè)量壓力的 U形管 接觸法、非接觸法 接觸式 非接觸式 靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 靜態(tài)： 被測(cè)對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的測(cè)量 動(dòng)態(tài)：被測(cè)對(duì)象處于不穩(wěn)定狀態(tài)下的測(cè)量 點(diǎn)測(cè)量和場(chǎng)測(cè)量 點(diǎn)參數(shù)測(cè)量： 測(cè)量某點(diǎn)的被測(cè)量 場(chǎng)參數(shù)測(cè)量： 測(cè)量多點(diǎn)的被測(cè)量 直接測(cè)量和間接測(cè)量 直接測(cè)量： 無(wú)需對(duì)被測(cè)量與其它實(shí)測(cè)的量進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的輔助計(jì)算而直接得到的被測(cè)量的值 間接測(cè)量： 直接測(cè)量的量與被測(cè)量之間有已知函數(shù)關(guān)系，而得到的被測(cè)量的值。 二、測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)： 為完成測(cè)量任務(wù)而組合在一起的總體 測(cè)量設(shè)備： 測(cè)量中使用的一切設(shè)備 傳感器： 測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量對(duì)象發(fā)生直接關(guān)系的部分 準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性 靈敏性 負(fù)載小 經(jīng)濟(jì)性和耐腐蝕性 中間變換器： 將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的發(fā)送、放大、線性化和轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一信號(hào)的裝置 準(zhǔn)確地傳輸、放大、和轉(zhuǎn)換信號(hào)，信號(hào)損失小， ?顯示裝置（測(cè)量終端）： 向觀察者顯示被測(cè)參數(shù)的數(shù)值和量值的裝置 三、測(cè)量誤差 測(cè)量誤差：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之差 00iixXxX??：測(cè)量結(jié)果＝：真值絕對(duì)誤差： 0X??＝相對(duì)誤差： 真值無(wú)法測(cè)定，測(cè)量結(jié)果、誤差 系統(tǒng)誤差：在偏離規(guī)定條件時(shí)或由于測(cè)量方法所引入的因素，按某確定規(guī)律所引起的誤差 在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)或者保持不變，或者在條件變化時(shí)按某種確定規(guī)律變化的誤差 測(cè)量實(shí)際值＝測(cè)量讀數(shù)＋修正值 修正值＝標(biāo)準(zhǔn)表讀書值－儀表讀數(shù) ?隨機(jī)誤差：在測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)可以不可預(yù)定的方式變化的誤差 ?疏忽誤差： 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、疏忽誤差 系統(tǒng)誤差大、隨即誤差小 隨機(jī)誤差大、系統(tǒng)誤差小 隨機(jī)誤差小、系統(tǒng)誤差小，有疏忽誤差 隨機(jī)誤差的特性及處理 當(dāng)系統(tǒng)誤差消除后，對(duì)一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)數(shù)次測(cè)量時(shí)，同一方法、同一儀表，測(cè)量次數(shù)無(wú)窮多時(shí)，總的算術(shù)平均就是被測(cè)參數(shù)的真值 1 2 3 1ninixx x x xXnn?? ? ? ????最佳值（最優(yōu)概值）： 工程中 n（ 測(cè)量次數(shù)）的數(shù)值不可能無(wú)窮大，所得的結(jié)果只是真值的近似。 測(cè)量結(jié)果的正態(tài)分布 概率密度為： ? ? 2 21 e x p 22y ??? ???? ? ?????? ?221 e x p22d????? ?? ? ? ??????????分布函數(shù)為： 正態(tài)分布概率密度圖 測(cè)量值均勻地分布在真值的兩邊，差別越大的點(diǎn)，出現(xiàn)的可能性越低 每個(gè)曲線下的面積為 100% ??? ??? ??? ?? ?? ??0 . 00 . 20 . 4? ??? ??? ?? 標(biāo)準(zhǔn)偏差 作為單次測(cè)得值不可靠性的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 越大，分散范圍大 在一定條件下，測(cè)量列中隨機(jī)誤差的概率分布情況 ? ?2 2 21221l imnnnniinn?????? ? ? ? ? ??????對(duì)稱性：絕對(duì)值相等的正負(fù)誤差，在多次測(cè)量中出現(xiàn)的概率大致相等， 以 ?＝ 0對(duì)稱 在實(shí)際測(cè)量條件下，對(duì)同一量進(jìn)行多次測(cè)量，其誤差的算術(shù)平均值隨著測(cè)量次數(shù) n的無(wú)限增大而趨于 0 單峰性：絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的次數(shù)比絕對(duì)值大的出現(xiàn)次數(shù)多 可以舍去出現(xiàn)概論為 0的誤差值 四、測(cè)量?jī)x表的特性 儀表特性：包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性 靜態(tài)特性： 被測(cè)量在不隨時(shí)間變換或變化極慢的情況下，用一組與時(shí)間無(wú)關(guān)的參數(shù)來(lái)描述測(cè)量?jī)x表的特性 動(dòng)態(tài)特性： 被測(cè)量在隨時(shí)間變化的情況下，用微分方程來(lái)描述測(cè)量?jī)x表的輸入、輸出的動(dòng)態(tài)關(guān)系 負(fù)載效應(yīng)： 被測(cè)量受到儀表干擾而產(chǎn)生的偏離 靜態(tài)特性： 測(cè)量范圍： 在允許的誤差限內(nèi)，測(cè)量?jī)x表的被測(cè)量值的范圍，上限、下限之差為量程 準(zhǔn)確度等級(jí) 根據(jù)測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級(jí)和范圍 引用誤差 基本誤差 允許誤差 穩(wěn)定度 靈敏度和靈敏閾 線性度和變差 溫度誤差 動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性： 儀表對(duì)隨時(shí)間變化的被測(cè)參數(shù)的響應(yīng)特性 輸出量隨時(shí)間的變化曲線與被測(cè)參數(shù)隨同一時(shí)間變化的曲線一致或比較接近 階躍響應(yīng)：儀表在輸入階躍信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)能否立即跟隨輸入信號(hào)變化的能力 頻率相應(yīng)：由儀表的固有頻率決定，固有頻率高，頻率特性好 五、熱工儀表的質(zhì)量指標(biāo) 儀表的準(zhǔn)確度 儀表的非線性誤差 變差 重復(fù)性 不靈敏區(qū) 漂移 167。 42溫度測(cè)量及儀表 一、溫度測(cè)量的基本概念 溫度的定義：表征分子熱運(yùn)動(dòng)的程度的物理量 溫標(biāo)：衡量溫度大小的標(biāo)尺 攝氏： ℃ 熱力學(xué)： K 華氏： ℉ 溫度計(jì)的分類和形式 膨脹式溫度計(jì) 玻璃溫度計(jì) 壓力式溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì) 熱電偶溫度計(jì) 熱電阻溫度計(jì) 輻射式溫度計(jì) ETIRMAN 溫度安檢門 二、膨脹式溫度計(jì) 玻璃溫度計(jì) 壓力式溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì) 玻璃液體溫度計(jì) 是膨脹式溫度計(jì)之一種 ,利用液體受熱膨脹的性質(zhì)制成 , 常用的液體有水銀和酒精 。 廣泛用于測(cè)量 200500攝氏度范圍內(nèi)的溫度 。 （ 1）優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 玻璃液體溫度計(jì)是最常用 ,也是最簡(jiǎn)單 ,最便宜的溫度計(jì) 。 這種溫度計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單 ,使用方便 ,精度高和價(jià)格低廉 。 缺點(diǎn)是惰性大 ,能見(jiàn)度低 , 不能自動(dòng)記錄及遠(yuǎn)距離傳送 。 玻璃管溫度計(jì) （ 2）注意事項(xiàng) (1)溫度計(jì)不宜平放和平裝 ,保存與安裝時(shí)都應(yīng)使玻璃溫度計(jì)直立 , 而且測(cè)溫泡在下部 。如果傾斜安裝也應(yīng)使測(cè)溫泡在下部 。 (2)使用時(shí)應(yīng)檢查液柱是否脫離 ,測(cè)溫泡內(nèi)是否含有氣泡 , 如果液柱脫離可以緩慢加熱或微振動(dòng)起來(lái)消除 。 (3)對(duì)于全浸式溫度計(jì) ,安裝深度應(yīng)滿足要求 ,對(duì)于工業(yè)用玻璃管溫度計(jì) ,則應(yīng)將尾部全部插入被測(cè)介質(zhì)中 。 注意事項(xiàng) (4)被測(cè)介質(zhì)具有一定壓力時(shí) ,應(yīng)在測(cè)溫處焊上 (或用螺絲旋緊 )測(cè)溫套管為減少熱阻 ,測(cè)溫套管壁不宜太厚 (一般為 12mm)。 (5)測(cè)量流體溫度時(shí) ,溫度計(jì)不能順向安置 ,應(yīng)逆向安放 ,或與流向垂直或有一定傾斜角 ,而且測(cè)溫套管的插入深度要超過(guò)中心線。使測(cè)溫泡剛好位于中心線上。 玻璃溫度計(jì) 壓力式溫度計(jì) 壓力式溫度計(jì)的工作原理是當(dāng)溫度變化時(shí) ,工質(zhì)的體積或壓力相應(yīng)發(fā)生變化 ,以此制成溫度計(jì) 這種溫度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單 ,防震可以遠(yuǎn)距離測(cè)量 , 并可制成自動(dòng)記錄式 。 主要缺點(diǎn)是損壞后很難修理 ,不能測(cè)點(diǎn)溫和表面溫度 。 國(guó)產(chǎn) WTQ型式氣體壓力溫度計(jì) ,可用來(lái)指示貨記錄工業(yè)設(shè)備中氣體 , 蒸汽貨液體的溫度 。 測(cè)量范圍 :0120,0160,0200,03009(單位攝氏度 )工作壓力 :60kgf/cm^2,精度 。 壓力式溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì) (一 )雙金屬溫度計(jì)的工作原理： 雙金屬溫度計(jì)是利用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片 A和 B將其焊接在一起并將一端固定 。 當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí) ,膨脹悉數(shù)較大的金屬片 B伸長(zhǎng)較多 ,故其未固定端 (自由端 )必然向膨脹系數(shù)較小的金屬A一方彎曲變形 。 利用彎曲變形的大小不同 ,從而可表示出溫度的高低不同 。 雙金屬溫度計(jì) (二 ).雙金屬片溫度計(jì)按指示部分與保護(hù)管連接方式不同 ,分為下列三種類型 : (1)軸項(xiàng)型 (2)徑向型 (3)135度角型 雙金屬溫度計(jì) 三、 熱電偶 熱電偶的測(cè)溫原理 熱電勢(shì) ：兩種不同的導(dǎo)體材料（或半導(dǎo)體）A， B組成的閉合回路。相接觸時(shí)，存在電子的遷移，達(dá)到平衡時(shí)，在接觸的兩端形成電勢(shì) 可用于點(diǎn)溫度的測(cè)量 只與材料和溫度 有關(guān)， 與熱電偶的長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān) 接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)組成 mV (1)接觸電勢(shì) 在一定溫度下，如果從金屬 A擴(kuò)散到金屬 B去的電子數(shù)等于從金屬 B吸向金屬 A的電子數(shù)時(shí)，就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)金屬 A， B之間形成的電位差稱為接觸電勢(shì)。 接觸電勢(shì)的大小與接頭溫度的高低和金屬的種類有關(guān)，溫度越高，兩金屬的自由電子密度差越大，則接觸電勢(shì)越大。 (2)溫差電勢(shì) 溫差電勢(shì) ：同一金屬導(dǎo)體兩端溫度不同而產(chǎn)生的。 高溫端流向低溫端的自由電子與低溫端被電場(chǎng)吸引流向高溫端的自由電子達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡 ， 這時(shí)的電位差稱為溫差電勢(shì) e， 大小僅與金屬材料及兩端溫差有關(guān) ， 而與幾何尺寸及金屬 （ 導(dǎo)體 ） 溫度分布無(wú)關(guān) 。 e(t,t0)可用下面的函數(shù)差來(lái)表示 eA(t,t0)=eA(t)eA(t0) (1)熱電偶基本定律的內(nèi)容 兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢(shì)大小與熱電級(jí)直徑，長(zhǎng)度和沿?zé)犭娂?jí)長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)，只與熱電級(jí)材料和兩端溫度有關(guān)； 熱電勢(shì)大小是兩端溫度的函數(shù)差，如果兩端溫度相等，則熱電勢(shì)為零。 (2)熱電偶基本定律的推論 （ 1） 熱電偶必須用兩種性質(zhì)不同的熱電級(jí)構(gòu)成 。 （ 2） 若熱電級(jí)材料的性質(zhì)不均勻 ， 即當(dāng)熱電級(jí)溫度分布不同時(shí) ， 則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢(shì) 。 所以根據(jù)附加熱電勢(shì)檢查熱電極材料 是否均勻 ， 從而衡量熱電偶質(zhì)量的高低 。 (3)中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體后，只要保證所接入導(dǎo)體兩端溫度相同，就不會(huì)影響熱電偶的熱電勢(shì)。 金屬 mV 液態(tài)金屬 mV (4)中間溫度定律與連接導(dǎo)體定律 （ 1） 已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進(jìn)行分度 ， 只要引入適當(dāng)修正 ， 就可以在另外的冷端溫度下使用 。 這就為制訂熱電偶的熱電勢(shì)－溫度關(guān)系溫度表奠定了理論基礎(chǔ) 。 （ 2） 和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補(bǔ)償導(dǎo)線可以引入熱電偶的回路中 ， 相當(dāng)于把熱電偶延長(zhǎng)而不影響熱電偶的熱電勢(shì) 。 這就為工業(yè)測(cè)溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù) 。 三 . 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 10鉑熱電偶 (LB3) 30鉑銠 6(EU2)熱電偶 鎳硅 (EU2)熱電偶 考銅熱電偶 (EA2) 康銅熱電偶 (CK) 序號(hào) 計(jì) 量 器 具 名 稱 準(zhǔn) 確 度 等 級(jí) 測(cè) 量 范 圍 R001304 標(biāo)準(zhǔn)組鉑銠 10鉑熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)組 標(biāo)準(zhǔn)組 300～ 1300℃ R002305 標(biāo)準(zhǔn)鉑銠 10鉑熱電偶 一等 300～ 1300℃ 二等 300～ 1300℃ 工作鉑銠 10鉑熱電偶 0級(jí) 0～ 1600℃ 0級(jí) 0～ 1600℃ R003306 標(biāo)準(zhǔn)鉑銠 30鉑銠 6熱電偶 一等 1200～ 1600℃ 二等 1200～ 1600℃ 工作用鉑銠 30鉑銠 6熱電偶 0級(jí) 1200～ 1600℃ R004307 工作用鎳鉻 鎳硅熱電偶 0級(jí) 0～ 1300℃ R005308 標(biāo)準(zhǔn)銅 康銅熱電偶 177。 2℃ 0級(jí) 0～ 200℃ 工作用銅 康銅熱電偶 0級(jí) 0～ 200℃ 熱工計(jì)量器具（ R） 耐腐熱電偶和耐磨熱電偶 壓著式鎧裝熱電偶 耐高溫耐腐蝕熱電偶 以特殊金屬陶瓷材料作為外保護(hù)套管，采用復(fù)合型結(jié)構(gòu)，使用溫度 1600176。 C， 具有良好的耐高溫、抗氣流沖擊、抗氧化性能。主要用于高溫加熱爐、裂解爐、尾氣焚燒爐、焦化爐等裝置的測(cè)溫。 吹氣型熱電偶 吹氣型熱電偶的結(jié)構(gòu)原理： 鎧裝熱電偶感溫元件和外保護(hù)管之間構(gòu)成一定的氣路，在氣路中，通入一定壓力的惰性氣體，以排除或減少熱電偶在高溫、高壓條件下還原氣體的滲入 WR系列隔爆熱電偶